Linux下使用SOCKET編程接口實現C/S通信

董偉梁

摘要：套接字（SOCKET）的客戶端/服務器（c/s）的通信模型，是基于TCP/IP協議的一種通信方式。本文結合c/s模型和SOCKET工作原理，闡述了socket原理以及如何實現Linux系統下的面向連接的socket通信。

關鍵字：SOCKET C/S Linux TCP/IP

引言

網絡編程的特點就在于它從客戶端和服務器兩個方面出發，具有監聽、請求和連接三個過程。Linux與Unix十分相似，它不僅網絡功能非常強大，而且穩定性高，很適合運用到網絡編程通信之中。SOCKET作為一種編程接口，在網絡協議和應用程序的聯系之中扮演者不可或缺的角色。

1 TCP/IP協議結構

TCP/IP協議由網絡層IP協議和運輸層TCP協議構成，是一種基本的網絡協議。其中IP協議管理互聯網設備的地址，TCP協議管理數據的傳輸。TCP/IP協議下，應用程序有兩種編程接口，傳輸層接口（TLI）和套接字接口（SOCKET）。現如今，SOCKET接口已經成為普遍認可的編程接口形式。

2 SOCKET通信原理與模型

SOCKET中文名稱套接字，是一種為適應TCP/IP程序開發而設計的一種接口形式。在一個具有兩端的通信進程中，一個套接字只能描述其中一端，所以需要其他套接字來描述另一端。

SOCKET在用于網絡通信時，取其幾個本意中“插座”的意思。套接字就好比是固定電話機和電話線之間的插座，或者說是接口。電話接口對應著一個的電話號碼，當乙使用電話機向甲尋求通話時，乙的電話機必須有一個確定的電話號碼，同時他也要知道甲的電話號碼。即至少在通信時雙方各擁有一個固定的SOCKET。這時如果甲處于空閑狀態，那么他可以選擇接聽乙的來電，雙方之間的通話連接的得以建立。乙發出的信息是通過電話機處理后傳向甲的，同時他收到的信息也是經過電話機接收和處理過的。整個過程總體如下：

（1）服務器和客戶端分別建立SOCKET接口。

（2）服務器處于監聽狀態。客戶端描述待連接服務器的SOCKET，發送連接請求。

（3）服務器作出相應，并返回端口號與SOCKET地址。連接建立。

在電話通話時，還存在一種特殊情況。在通話連接建立之后，是丙而不是甲接聽電話，那么乙就需要請求甲接聽電話。為了能夠區分端口，每個SOCKET都會有一個由系統分配的唯一的端口號。在實際SOCKET通信時，服務器中有多個軟件進程，當進程與一個端口相綁定后，系統就會把所要發給該進程的信息通過端口號定位到相應端口，再把信息準確無誤地發給相應進程。

SOCKET是為客戶端/服務器模型（C/S）而開發的。在這種模式下，客戶端的SOCKET并不是一定的，好比乙可以使用不同的終端來呼叫甲。然而服務器的SOCKET是固定的，同時對網絡中的每個客戶端來說，它的SOCKET是已知的。

c/s模型是一種最基本的SOCKET模型，根據不同的發起方向，可以分為面向無連接形式和面向連接形式。UDP協議用于面向無連接的通信形式，該協議提供盡最大努力的服務，但卻不具有一定的可靠性，只能通過超時報錯和重傳機制來維持數據傳輸的正確性，在網絡連接狀況良好時尚可，不能適應網絡惡劣的環境。而面向連接的通信采用TCP協議，它雖然相比UDP協議要耗費更多的資源，但在一定程度上維持了傳輸的穩定性，比較能夠以適應各種網絡環境下的傳輸工作。

對于面向連接和面向無連接，套接字類型與之相對應分為以下兩種形式：

（1）流式套接字（SOCKSTREAM）。

提供面向連接的傳輸服務。傳輸過程穩定性強，可靠性高，發生重復、丟失和損壞的坑能動性低，可以通過流量控制來把控傳輸，數據流服務對象多為連接上的應用。

（2）數據報套接口（SOCKDGARM）

提供面向無連接的傳輸服務。傳輸的數據以獨立的形式被包裝成數據包發送，可靠性較低，發生傳輸錯誤的概率較高。

3 Linux下的面向連接的SOCKET編程設計

面向連接的SOCKET即流式套接字，采用TCP協議。基本工作過程如圖1所示。

服務器： （1）使用socket（）創建流式套接字。（2）通過bind（）函數把相應網絡地址和套接字關聯起來。（3）使用listen（）來監聽發送到端口的請求。（4）用accept（）接受連接請求。無連接請求時，服務器進程處于停滯狀態，繼續等待客戶端。（5）連接建立后，新的流式套接字便會生成，這個套接字會與客戶端套接字關聯，而原套接字繼續處于監聽狀態。此時可通過read（）和write（）函數與客戶端通信。（6）使用close（）可終止連接與服務。

客戶端：（1）使用socket（）創建流式套接字。（2）通過connect（）發送連接服務器請求。（3）連接建立后，可用read（）和write（）函數與服務器通信。（4）使用close（）可終止連接與服務。

服務器和客戶端程序編寫完成后，使用Linux的程序編譯工具GCC和程序調試工具GDB分別對兩個程序進行處理。處理完成后，在兩個終端內分別運行客戶端程序和服務器程序，先令服務器處于監聽狀態，之后客戶端發送文本數據，即可成功建立C/S連接。如圖2所示。

4 結束語

套接字作為一種主要的編程接口形式，掌握它的編寫和使用十分重要。由于套接字基于c/s通信模型，編程時需要編寫服務器和客戶端兩部分程序，來實現主機之間的可靠通信。

參考文獻

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